(57)【要約】【課題】  内燃機関用燃料中の環状炭化水素化合物を良燃化させることで、内燃機関における燃料の燃焼性を向上させうる手段を提供する。【解決手段】  環状炭化水素化合物を含有する内燃機関用燃料を、４００℃超５００℃未満の温度条件下で触媒に接触させて、前記環状炭化水素化合物を開環させる段階を有する、内燃機関用燃料の改質方法により、上記課題は解決される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状炭化水素化合物を含有する内燃機関用燃料を、４００℃超５００℃未満の温度条件下で触媒に接触させて、前記環状炭化水素化合物を開環させる段階を有する、内燃機関用燃料の改質方法。
【請求項２】
前記内燃機関用燃料を前記触媒に接触させる際の温度条件が４２０〜４８０℃である、請求項１に記載の改質方法。
【請求項３】
前記内燃機関用燃料を前記触媒に接触させる際の圧力条件が１〜１５０ＭＰａである、請求項１または２に記載の改質方法。
【請求項４】
前記環状炭化水素化合物が環状脂肪族炭化水素化合物である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の改質方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の改質方法により改質されたことを特徴とする改質燃料。
【請求項６】
請求項５に記載の改質燃料が供給される内燃機関を搭載する車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用燃料の改質技術に関する。詳細には、本発明は、内燃機関用燃料の内燃機関における燃焼性を向上させるための改質技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境に対する配慮から、自動車等の内燃機関の排気をより一層浄化することが求められている。ここで、内燃機関の排気の成分組成は、内燃機関における燃焼状態により影響を受けると考えられている。
【０００３】
内燃機関における燃焼状態が良好であると、未燃炭化水素やパティキュレート等の有害成分の内燃機関からの排出量は少ない。これに対し、内燃機関における燃焼状態が悪いと、上記のような有害成分の排気中の濃度が上昇し、大気を汚染する原因となる。
【０００４】
かような問題に対処すべく、内燃機関における燃焼状態を改善させることを目的として、内燃機関用燃料を改質するための種々の手法が開発されている。
【０００５】
その一つとして、超臨界状態を利用し、車載可能な装置により内燃機関用燃料を改質する技術が提案されている。
【０００６】
例えば、軽油などの液体燃料を超臨界状態とし、超臨界状態となった燃料を内燃機関に供給する技術が開示されている（特許文献１を参照）。
【０００７】
また、燃料を超臨界状態とし、超臨界状態となった燃料を改質触媒と接触させることにより改質し、改質された燃料を内燃機関に供給する技術が開示されている（特許文献２を参照）。これらの技術によれば、内燃機関用燃料に含まれる高沸点成分（重質成分）が低沸点成分（軽質成分）に改質され、内燃機関における燃料の燃焼状態が改善されうることが、前記文献１および前記文献２に記載されている。
【特許文献１】特開平９−２８０１２３号公報
【特許文献２】特開２００４−１６２５８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ここで、ガソリンや軽油といった内燃機関用燃料には、直鎖状炭化水素化合物に加えて、環状脂肪族炭化水素化合物（ナフテン類）や環状炭化水素化合物などの環状炭化水素化合物が含まれている。これらの環状炭化水素化合物は、燃料中の成分の中でも極めて燃焼性が低い。このため、内燃機関の燃焼室内において充分に燃焼せず、ほとんどがパティキュレートとして排気中に排出されてしまう。従って、これらの環状炭化水素化合物の燃焼性を向上させることは、燃料の内燃機関における燃焼性の改善に大きく寄与しうると考えられる。
【０００９】
しかしながら、前記文献１および前記文献２には、燃料中の環状炭化水素化合物を改質することで良燃化することについては記載されていない。
【００１０】
また、前記文献１には、燃料を特定の温度以上の温度で処理するとアルキルベンゼン成分が増大することが記載されているものの、アルキルベンゼン成分の含有量を低下させうる手段についての記載はない。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、内燃機関用燃料中の環状炭化水素化合物を良燃化させることで、内燃機関における燃料の燃焼性を向上させうる手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、環状炭化水素化合物を含有する内燃機関用燃料を、４００℃超５００℃未満の温度条件下で触媒に接触させて、前記環状炭化水素化合物を開環させる段階を有する、内燃機関用燃料の改質方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内燃機関用燃料中の環状炭化水素化合物が開環されることで良燃化される。その結果、内燃機関における燃料全体の燃焼性が向上し、排気の浄化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、環状炭化水素化合物を含有する内燃機関用燃料を、４００℃超５００℃未満の温度条件下で触媒に接触させて、前記環状炭化水素化合物を開環させる段階を有する、内燃機関用燃料の改質方法である。
【００１５】
まず、本発明の概要について説明する。本発明の改質方法は、環状炭化水素化合物を含有する内燃機関用燃料を所定の温度条件下で触媒と接触させる段階を有する。この段階において、燃料中に含まれる環状炭化水素化合物が開環する。ここで、環状炭化水素化合物の有する環が開環すると当該化合物の燃焼性は向上する。従って、本発明の改質方法によれば、燃料が内燃機関に供給された場合の燃焼性が向上し、パティキュレートの排出が抑制されて、排気の浄化が図られる。
【００１６】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は、以下の具体的な形態のみには制限されない。
【００１７】
図１は、本発明の内燃機関用燃料の改質方法において用いられる内燃機関用燃料改質装置の一形態を示す図である。図１に示す装置は、内燃機関用燃料１０を、高圧ポンプ２０で加圧し、ヒータ３０で加熱して、所定の温度条件下で触媒４０と接触させて改質し、改質された改質燃料１００を得るための装置である。
【００１８】
まず、図１に示す内燃機関用燃料改質装置の構成について説明する。
【００１９】
内燃機関用燃料１０（本明細書中、単に「燃料１０」とも称する）は、燃料タンク１２に貯留されている。この燃料１０は、環状炭化水素化合物（本明細書中、単に「環状化合物」とも称する）を含有する。
【００２０】
燃料タンク１２には、燃料流路５０が接続されている。燃料流路５０には、図示しない制御手段（例えば、ＥＣＵ）と電気的に接続された高圧ポンプ２０が配置されている。高圧ポンプ２０は、燃料１０を燃料タンク１２から流路５０へ送液するための送液手段として、および所定の圧力まで加圧するための加圧手段として機能する。高圧ポンプ２０に代えて、プランジャポンプなどが用いられてもよい。
【００２１】
燃料流路５０の下流には、改質反応器６０が接続されている。これにより、燃料１０は、燃料タンク１２から高圧ポンプ２０を経て改質反応器６０に供給される。
【００２２】
改質反応器６０は、同じく図示しない制御手段（例えば、ＥＣＵ）と電気的に接続されたヒータ３０を備えている。ヒータ３０は、改質反応器６０に供給された燃料１０を加熱するための加熱手段として機能する。ヒータ３０に代えて、熱交換器やバーナなどが用いられてもよい。
【００２３】
さらに、改質反応器６０は、金属メッシュ４２に保持された、燃料１０を改質するための触媒４０を備えている。すなわち、改質反応器６０は、高圧ポンプ２０により燃料タンク１２から改質反応器６０に供給された燃料１０を改質するための改質部として機能する。
【００２４】
改質反応器６０の下流には改質燃料流路５２が接続されており、この改質燃料流路５２には、保圧弁２２が配置されている。この保圧弁２２により、高圧ポンプ２０から保圧弁２２までは一定の圧力に維持される。
【００２５】
保圧弁２２のさらに下流部分の改質燃料流路５２は、燃料１０が触媒４０と接触することにより生成した改質燃料１００を、内燃機関（図示せず）へ供給するための供給手段として機能する。
【００２６】
図１に示す装置において、燃料流路５０、改質反応器６０、改質燃料流路５２などは、高温高圧状態の燃料１０または改質燃料１００と接触する可能性がある。従って、これらの部位は、６００℃程度までの耐熱性、および１５０ＭＰａ程度までの耐圧性に加えて、耐腐食性を有する材料からなることが好ましい。かような性能を有する材料としては、ハステロイ合金、インコネル合金などの合金や、酸化チタン、酸化ジルコニウムなどの酸化物が挙げられる。
【００２７】
続いて、上記のような構成を有する内燃機関用燃料改質装置の動作について説明する。
【００２８】
まず、図示しない制御手段（例えば、ＥＣＵ）からの制御信号により、高圧ポンプ２０が駆動する。高圧ポンプ２０が駆動することにより、燃料タンク１２から燃料１０が吸い上げられ、吸い上げられた燃料１０は燃料流路５０を流通する。
【００２９】
燃料１０は燃料ポンプ２０により燃料流路５０の下流側に圧送されて、改質反応器６０へ流入する。改質反応器６０を流通する燃料１０の空間速度（ＬＨＳＶ）は、特に制限されず、通常は１５〜３０ｈ−１程度である。
【００３０】
改質反応器６０へ流入した燃料１０は、ヒータ３０により加熱される。高圧ポンプ２０により所定の圧力に加圧され、ヒータ３０により所定の温度に加熱された燃料１０は、触媒４０と接触する。この際、燃料１０は、４００℃超５００℃未満、好ましくは４２０〜４８０℃、より好ましくは４４０〜４６０℃の温度に加熱される。かような温度条件下で燃料１０が触媒４０と接触することにより、燃料１０に含まれる環状化合物が開環する。環状化合物が単環式化合物の場合には、開環により直鎖状炭化水素化合物（本明細書中、単に「直鎖状化合物」とも称する）へと改質される。また、環状化合物が多環式化合物の場合には、開環により環の数が減少し、単環式化合物を経由して、場合によっては直鎖状化合物にまで改質されうる。
【００３１】
ここで、燃料１０が触媒４０と接触する際の温度条件が低いと、燃料１０が環状化合物と直鎖状化合物との混合物である場合に、環状化合物が充分に開環せず、環状化合物の含有量が逆に増加してしまう虞がある。一方、前記温度条件が高い場合にも、同様に、環状化合物の含有量が増加してしまう虞がある。これらの現象は、燃料１０が触媒４０と接触して改質される際に、環状化合物の開環に必要な水素原子の需要と供給との平衡が良好に維持されないことに起因するものと推測される。なお、本明細書中に記載のメカニズムは、いずれもあくまでも推測に過ぎず、これらが実際のメカニズムと異なっていたとしても、本発明の技術的範囲は何ら影響を受けない。
【００３２】
改質反応器６０において改質されて（具体的には、環状化合物が開環して）得られた改質燃料１００は、内燃機関（図示せず）に供給されて燃焼する。これにより、改質燃料１００の有する化学エネルギが、力学的エネルギに変換され、力学的な仕事に用いられる。ここで、燃料１０に含まれる燃料成分が有する環の数が減少するほど、燃料成分の燃焼性は向上する。従って、本発明の改質方法によれば、燃料１０に含まれる環状化合物が開環することにより、燃焼性に優れる改質燃料１００が内燃機関に供給されうる。その結果、パティキュレートなどのエミッションが低減されうる。
【００３３】
続いて、本発明の改質方法に用いられる原料や反応条件などの好ましい形態について説明する。
【００３４】
内燃機関用燃料１０とは、内燃機関に供給されて燃料として用いられうる化合物またはこれらの化合物の混合物を意味する。本発明の改質方法において用いられる燃料１０は、環状化合物を含有するものであればよく、具体的な形態について特に制限はない。
【００３５】
内燃機関用燃料１０中の環状化合物の含有量については特に制限はない。通常は、２０〜６０質量％程度である。本発明においては、燃料中に２０〜３０質量％の環状炭化水素化合物が含まれることが好ましい。燃料中の環状化合物の含有量が少なすぎると、本発明の効果が充分に得られない虞がある。一方、燃料中の環状化合物の含有量が多すぎると、燃料の絶対的な燃焼性が低下する虞がある。
【００３６】
環状化合物の具体的な種類についても、特に制限はない。環状化合物としては、例えば、デカリン、テトラヒドロナフタレンといった環状脂肪族炭化水素化合物（ナフテン類）や、ベンゼン、トルエン、キシレン、ナフタレン、アントラセン、フェナントレンといった環状芳香族炭化水素化合物などが例示される。Ｈ／Ｃ比が比較的高く直鎖状脂肪族炭化水素に近いため改質（開環）に必要な水素が少なくてすむという観点から、燃料１０には、環状脂肪族炭化水素化合物が含有されることが好ましい。なお、「Ｈ／Ｃ比」とは、ある化合物に含まれる、炭素原子のモル数に対する水素原子のモル数の比を意味する。いくつかの化合物についてＨ／Ｃ比の値を挙げれば、メタン（ＣＨ４）のＨ／Ｃ比は４．０であり、セタン（ｎ−ヘキサデカン；Ｃ１６Ｈ３４）のＨ／Ｃ比は２．１３であり、デカリン（Ｃ１０Ｈ１６）のＨ／Ｃ比は１．６であり、トルエン（Ｃ６Ｈ５ＣＨ３）のＨ／Ｃ比は１．１４である。
【００３７】
ここで一般に、燃料に含まれる燃料成分の燃焼性と構造（Ｈ／Ｃ比）との間には相関が見られる。具体的には、飽和または不飽和環や芳香環等の構造を有しＨ／Ｃ比が比較的小さい燃料成分は、比較的燃焼性が低く、その一方で、上記のような構造を有さずＨ／Ｃ比が比較的大きい燃料成分は、比較的燃焼性が高いのである。これは、以下のように説明される。
【００３８】
燃料中のある燃料成分がその分子の末端から燃焼を開始すると、燃焼により生じたエネルギは隣接する結合へと伝播し、燃焼が連鎖的に伝達していくものと考えられている。ここで、燃料成分が直鎖状化合物である場合には、燃焼により生じたエネルギが次々と隣接する結合に伝播するため、燃焼性は高い。なお、二重結合や三重結合は、通常の炭素−炭素結合よりも大きい結合エネルギを有しているため、直鎖状化合物中にこれらの結合が存在すると、結合を切断するのに必要なエネルギが増大し、飽和の直鎖状化合物と比較して、燃焼性が低下する。一方、燃料成分が分枝状化合物である場合、燃焼により生じたエネルギが隣接する結合に伝播する際には、分枝部位においてエネルギが分散してしまう。これにより、分枝部位以降に伝播したエネルギが、結合を切断するのに必要なエネルギを下回ると、燃焼が途中で停止してしまう。すなわち、分枝状化合物は、直鎖状化合物と比較して、燃焼性は低い。
【００３９】
また、環構造を有する燃料成分については、環構造上の１箇所から燃焼が開始しても、燃焼により生じたエネルギは２方向へ分散してしまうため、上記の分枝状化合物と同様に燃焼性は低い。さらに、燃料成分が共鳴構造を有する芳香族化合物である場合には、共鳴構造により炭素−炭素結合がより安定化されている。このため、結合を切断するのに必要なエネルギがより大きくなり、燃焼性はさらに低下する。
【００４０】
以上のことから、燃料中の環状化合物を開環させる本発明の改質方法によれば燃料の燃焼性が向上することが説明される。
【００４１】
燃料中に含まれる環状化合物以外の具体的な燃料成分については、特に制限はない。ただし、上記のような観点から、本発明の改質方法において用いられる燃料は、環状化合物よりも燃焼性に優れる他の炭化水素化合物を含有することが好ましい。具体的には、燃料中に含まれる環状化合物よりもＨ／Ｃ比の大きい炭化水素化合物を含有することが好ましい。
【００４２】
環状化合物に加えて、これよりもＨ／Ｃ比の大きい炭化水素化合物を含む燃料を用いると、燃料が触媒と接触して改質される際に、Ｈ／Ｃ比の大きい炭化水素化合物から引き抜かれた水素原子が、環状化合物の開環に利用されうる。このため、燃料の改質反応（具体的には、環状化合物の開環反応）が効率的に進行しうる。
【００４３】
環状化合物よりもＨ／Ｃ比の大きい炭化水素化合物の有するＨ／Ｃ比は、環状化合物よりも大きければよく、具体的な数値については特に制限されない。しかしながら、内燃機関における燃料の燃焼性を向上させるという観点から、前記Ｈ／Ｃ比は、好ましくは１．８以上であり、より好ましくは２．０以上である。すなわち、本発明の改質方法において用いられる燃料は、環状化合物に加えて、上記のようなＨ／Ｃ比を有する炭化水素化合物を含有することが好ましい。
【００４４】
本発明の改質方法において用いられる燃料に含まれる燃料成分中には、炭素原子および水素原子以外の原子、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子などが含有されてもよい。また、燃料中には、水やアルコール類、エーテル類などが含まれていてもよい。特に水は、環状化合物の開環反応における優れた水素供与体として機能しうる。すなわち、燃料中に水が含まれていると、この水から脱離した水素原子が、環状化合物が開環する際の水素化に有効に利用されうる。場合によっては、改質反応器に供給される前の燃料に水を供給するための水供給手段を別途設置してもよい。
【００４５】
燃料１０としては、市販の燃料が用いられてもよく、自ら調製した燃料が用いられてもよい。市販の燃料としては、特に制限されないが、例えば、軽油、ガソリン、ＧＴＬ（Ｇａｓ  Ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄ）などが例示される。これらは、１種のみが単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。なお、ガソリンや軽油などの燃料に含まれる各燃料成分の有するＨ／Ｃ比の平均値は、約１．８〜２．１程度である。また、燃料を自ら調製する場合には、上述した好ましい形態を適宜参照し、数種類の燃料成分を所望の割合で混合することなどによって、燃料が調製されうる。
【００４６】
燃料１０は、液体燃料であることが好ましい。気体状態の燃料（例えば、プロパン、ブタンなど）が用いられる場合には、燃料タンク１２と改質反応器６０との間に燃料の冷却手段や圧縮手段を別途設置して、燃料を液化させるとよい。
【００４７】
燃料１０の補給形態については特に制限されない。例えば、本発明の改質方法が自動車に適用される場合には、燃料タンク１２が自動車に搭載される。用いられる燃料１０がガソリンや軽油などであれば、燃料１０は既存のガススタンドにおいて補給されうる。
【００４８】
本発明の改質方法においては、上述したように、燃料１０が触媒４０と接触する際の温度条件を所定の範囲（４００℃超５００℃未満）に制御する点が特徴の一つである。一方、燃料１０が触媒４０と接触する際の圧力条件については、特に制限はない。ただし、前記圧力条件は、好ましくは１〜１５０ＭＰａであり、より好ましくは１〜１００ＭＰａであり、さらに好ましくは１〜５０ＭＰａである。この圧力条件が低すぎると、燃料１０中の環状化合物の開環反応が充分に進行しない虞がある。一方、この圧力条件が高すぎると、設備の耐圧性を確保するためのコストが高騰する虞がある。
【００４９】
本発明の改質方法において、改質反応器６０に供給された燃料１０が触媒４０と接触する際、燃料１０中の燃料成分のほとんどは超臨界状態または亜臨界状態となっていると考えられる。
【００５０】
以下、「超臨界状態」および「亜臨界状態」について簡単に説明する。
【００５１】
一般に、物質には固体、液体および気体の三態が存在するが、液体または気体状態にある物質の温度および圧力を上昇させると、液体と気体との区別がつかない状態に達することがある。この状態を「超臨界状態」と称する。この超臨界状態となるために超えるべき圧力（臨界圧力）および温度（臨界温度）の値は物質ごとに決まっており、これらの値をともに超えた状態が超臨界状態である。一般に、超臨界状態または亜臨界状態の流体は、液体のように高密度であり、気体のように高いエネルギ状態にある。このため、内燃機関用燃料を超臨界状態または亜臨界状態で触媒と接触させると、燃料が高密度で存在するため燃料と触媒との接触頻度が高まるとともに、燃料が触媒の有する狭い細孔内にまで到達しうる。このため触媒活性点の利用率も向上し、一の燃料成分の脱水素反応および他の燃料成分の水素化反応が効率よく進行しうる。
【００５２】
「亜臨界状態」についての厳密な定義は存在しないが、上記の超臨界状態に準ずる状態である。亜臨界状態となる条件としては、例えば、圧力が臨界圧力から０〜０．５ＭＰａ程度低く、かつ、温度が臨界温度から０〜５０℃程度低い状態が例示される。亜臨界状態においても、超臨界状態について上述したような効果が得られる。
【００５３】
燃料中の燃料成分の臨界圧力は通常１〜５ＭＰａ程度であり、燃料成分の臨界温度は、Ｃ５炭化水素化合物で２００℃弱、Ｃ２０炭化水素化合物で５００℃弱程度である。このため、燃料１０が触媒４０と接触する際には、ほとんどの燃料成分が超臨界状態または亜臨界状態となっているものと推測される。なお、本発明の改質方法において用いられる燃料は２種以上の燃料成分を含んでいるが、混合物における一の成分が超臨界状態となるには、系全体の圧力が前記一の成分の臨界圧力を超えるのみでは足りず、当該系における前記一の成分の分圧が前記臨界圧力を超える必要がある。
【００５４】
以上、燃料成分が超臨界状態または亜臨界状態となった場合の作用および効果について詳細に説明したが、本発明の技術的範囲がかような形態のみに制限されないことは勿論である。
【００５５】
触媒４０は、燃料１０に含有される環状化合物の開環反応の進行を促進させうるものであれば特に制限されず、適宜選択されうる。触媒４０に含有される触媒金属としては、ロジウム、ルテニウム、パラジウムおよび白金等の貴金属原子などが挙げられる。なかでも、ロジウムが好ましい。また、前記貴金属原子を担持する担体としては、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化鉄、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ランタン、ゼオライト、および層状粘土化合物、並びにこれらの２種以上の複合酸化物およびこれらの混合物等が挙げられる。上記の成分は、１種のみが単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５６】
上記の成分を用いることにより、高温高圧状態のような厳しい条件下においても、長時間にわたり安定して上記の改質反応を促進することが可能となる。この観点からは、触媒４０の担体として酸化ジルコニウムが好ましく用いられうる。また、触媒４０中に含有される触媒金属等の種類を選択することで、所望の成分組成を有する改質燃料１００を得ることが可能となる。
【００５７】
触媒４０中の貴金属原子の含有量は、特に制限されない。好ましくは、触媒粉末の全質量に対して０．１〜１０質量％（金属換算）程度の貴金属原子が担持される。
【００５８】
触媒４０は、上記の成分に加えて、必要な添加剤を含有していてもよい。本発明の触媒４０に含有されうる添加剤としては、例えば、アルミナゾルおよびシリカゾル等のバインダが挙げられる。しかしこれに制限されず、その他の添加剤が含有されてもよい。
【００５９】
触媒４０の製造方法としては、従来公知の手法が採用されうる。例えば、貴金属原子を含む塩を適当な溶媒に分散させ、この溶液に担体を添加し、乾燥および焼成を経て、触媒粉末が製造されうる。高温高圧状態での耐久性を向上させる目的で、製造された触媒粉末にプレス加工を施して塊状の触媒を製造してもよい。
【００６０】
触媒４０を備える改質反応器６０の具体的な形態は特に制限されず、反応器について従来公知の知見が適宜参照されうる。改質反応器６０の形態としては、例えば、粉砕により粒径が一定範囲に調節された触媒４０が充填されてなる反応管が例示される。また、高空間速度条件下においても高い触媒活性を維持させるという観点から、改質反応器６０は、ハニカム、フォーム、プレート等の各種のモノリス担体の形態であることが好ましい。なお、改質反応器６０の形状や寸法は、触媒４０と接触する燃料１０の流量などを勘案して適宜決定されればよく、特に制限されない。
【００６１】
本発明の第２は、本発明の第１の改質方法により改質されたことを特徴とする改質燃料１００である。本発明の改質方法により得られた改質燃料１００は、難燃性の環状化合物が開環することにより良燃化されている。このため、得られた改質燃料１００は、当初の燃料１０と比較して内燃機関における燃焼性が向上している。その結果、内燃機関からの未燃炭化水素やパティキュレートの排出が抑制され、排気のさらなる浄化が図られる。
【００６２】
本発明の第３は、本発明の第２の改質燃料１００が供給される内燃機関を搭載する車両である。本発明の第１の改質方法により得られた本発明の第２の改質燃料１００が内燃機関に供給されて燃焼することにより、燃料の有する化学エネルギが力学的エネルギに変換され、車両を駆動するための力学的な仕事に用いられる。
【００６３】
改質燃料が１００供給される内燃機関の種類や構成は特に制限されず、燃料の種類に応じて、従来公知の内燃機関が適宜採用されうる。
【００６４】
一例を挙げると、燃料１０が例えば軽油の場合、軽油の自己着火性は比較的高いことから、内燃機関としては圧縮着火式内燃機関が用いられうる。圧縮着火式内燃機関とは、筒内の燃焼室に噴射された燃料を筒内の圧縮により自己着火させる形式のエンジンをいい、例えば、コモンレール式燃料噴射装置を備えたコモンレール式ディーゼルエンジンのようなディーゼルエンジンがこれに含まれる。
【００６５】
これに対し、燃料１０が例えばガソリンの場合、ガソリンの自己着火性は軽油と比較して低く、内燃機関としては火花点火式内燃機関が用いられうる。火花点火式内燃機関とは、圧縮着火式内燃機関と異なり、筒内の燃焼室に噴射された燃料を圧縮させた後に火花を点火し、これにより着火させる形式のエンジンをいい、例えば、ガソリンエンジンがこれに含まれる。本発明の改質燃料は、上記の例に制限されず、種々の内燃機関に供給されて、燃料として用いられうる。
【００６６】
本発明の車両によれば、本発明の第２の改質燃料が内燃機関に供給されて燃料として用いられることから、上記でも説明したように排気の浄化が図られる。環境問題に対する関心が高まっている昨今では、車両に対してこのような特性を付与することは、車両を購入する消費者に対して、車両購入のインセンティブを増加させ、かような車両の商品としての競争力を増大させうる。
【実施例】
【００６７】
以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は、下記の実施例のみには限定されない。
【００６８】
（実施例）
＜触媒の調製＞
７０ｇの硝酸ロジウムを含有する水溶液１０００ｇに、酸化セリウム５００ｇを分散させて室温で１時間撹拌することにより、酸化セリウム上にロジウム原子を担持させ、１５０℃で一晩乾燥させた後、６００℃で２時間焼成することにより、触媒粉末を得た。さらに、造粒装置を用いて前記触媒粉末を粒状とし、篩いで５００〜７００μｍの触媒粒を分級して、触媒４０を調製した。
【００６９】
＜燃料改質試験＞
図１に示す燃料改質装置を用いて、燃料改質試験を行った。
【００７０】
本実施例においては、通常の軽油の組成を有する模擬燃料を調製し、燃料改質試験に用いた。ここで、通常の軽油の組成は、直鎖状飽和炭化水素が５０質量％、多環式環状炭化水素が３０質量％、芳香族炭化水素が２０質量％程度である。従って、直鎖状飽和炭化水素であるセタン（ｎ−ヘキサデカン）５００ｇ、デカリン（シス／トランス混合体）３００ｇ、およびトルエン２００ｇを混合して軽油模擬燃料を調製し、本実施例の内燃機関用燃料１０として用いた。
【００７１】
高圧ポンプ２０としては、プランジャ式高圧ポンプを用い、これにより内燃機関用燃料１０を加圧した。燃料流路５０および改質燃料流路５２については、加熱部をハステロイ合金により構成し、非加熱部をステンレスにより構成した。改質反応器６０の内部には、上記で調製した粒状の触媒４０を金属メッシュ４２により固定した状態で充填した。
【００７２】
内燃機関用燃料１０を流通させ、反応系内全体が内燃機関用燃料１０で満たされたことを確認した。その後、保圧弁２２を締め、保圧弁２２および高圧ポンプ２０により改質反応器６０の内部の圧力を３０ＭＰａに維持した。この際、触媒４０の体積に対して供給した内燃機関用燃料１０の空間速度（ＬＨＳＶ）は３０ｈ−１であった。流量が安定したことを確認した後、改質反応器６０全体をヒータ３０により４５０℃に加熱した。
【００７３】
なお、３０ＭＰａの圧力条件下および４５０℃の温度条件下においては、供給された軽油模擬燃料に含まれる燃料成分はすべて超臨界状態であったと考えられる。
【００７４】
温度が安定した状態で１５分以上経過した後、改質反応器６０において改質された改質燃料１００をサンプル瓶にとり、成分組成の分析に供した。その結果を、改質試験前の軽油模擬燃料の組成とともに図２に示す。なお、図２においては、改質燃料中の各成分の割合を、炭素原子換算による百分率（％）で示す。
【００７５】
（比較例１）
ヒータ３０による加熱温度を４００℃に設定したこと以外は、上記の実施例１と同様の手法により、燃料改質試験を行い、成分組成の分析を行った。
【００７６】
本比較例の条件下においては、供給された燃料に含まれる燃料成分のうちトルエンのみが超臨界状態であり、セタンおよびデカリンは亜臨界状態であったと考えられる。
【００７７】
（比較例２）
ヒータ３０による加熱温度を５００℃に設定したこと以外は、上記の実施例１と同様の手法により、燃料改質試験を行い、成分組成の分析を行った。
【００７８】
本比較例の条件下においては、供給された燃料に含まれる燃料成分はすべて超臨界状態であったと考えられる。
【００７９】
＜結果＞
図２からわかるように、実施例においては、多環飽和炭化水素化合物や単環芳香族炭化水素化合物などの環状化合物の割合が減少し、炭素原子数１３〜１６の直鎖状化合物の割合が増大している。これは、比較的大きいＨ／Ｃ比を有する直鎖状化合物（セタン）からの脱水素反応と、比較的小さいＨ／Ｃ比を有する環状化合物への水素化による開環反応との双方がバランスよく進行したためであると推測される。
【００８０】
一方、比較例１においては、環状化合物（特に、単環芳香族炭化水素化合物）の割合が著しく増大し、セタン等の直鎖状化合物の割合が極端に減少した。これは、比較的大きいＨ／Ｃ比を有するセタンおよびデカリンからの脱水素反応が進行して単環芳香族炭化水素化合物が生成する一方で、比較的小さいＨ／Ｃ比を有するデカリンおよびトルエンへの水素化による開環反応が充分に進行しなかったためであると推測される。
【００８１】
さらに、比較例２においても、上記の比較例１と同様に、環状化合物の割合がやや増大し、直鎖状化合物の割合が減少した。これは、炭素原子数が１〜１２と少ない直鎖状化合物の割合が大幅に増大していることからみて、比較的小さいＨ／Ｃ比を有するデカリンおよびトルエンへの水素化による開環に必要な水素原子が、比較的大きいＨ／Ｃ比を有するセタンへの水素化反応の優先的な進行により消費されてしまったことが原因と推測される。
【００８２】
以上より、本発明の改質反応によれば、環状化合物を含有する燃料を所定の温度条件下で触媒と接触させることにより、前記環状化合物を開環させうることが示される。従って、本発明の改質方法は、内燃機関における燃料の燃焼性の向上に有効に寄与し、これにより、排気のより一層の浄化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の内燃機関用燃料の改質方法において用いられる内燃機関用燃料改質装置の一形態を示す図である。
【図２】実施例および比較例における燃料改質試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８４】
１０    内燃機関用燃料、
１２    燃料タンク、
２０    高圧ポンプ、
２２    保圧弁、
３０    ヒータ、
４０    触媒、
４２    金属メッシュ、
５０    燃料流路、
５２    改質燃料流路、
６０    改質反応器、
１００    改質燃料。
【図１】
2006083775.tif 000003
【図２】
2006083775.tif 000004